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高速測試挑戰遽增 向量網路分析儀不可或缺
解決不同測試挑戰

【作者: 王岫晨】   2020年02月20日 星期四

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要滿足現代化無線技術的測試,VNA是不可或缺的儀器。


VNA可用於驗證設計模擬,來加速產品上市的時間。


在今天,VNA已經廣泛應用於射頻和高頻的測試領域。



向量網路分析儀(VNA)是一種重要的測試儀器,目前用於協助開發無數的現代化無線技術與設備。在今天,VNA已經廣泛應用於射頻和高頻的測試領域。在設計應用中,設計人員會使用模擬來減少實體原型迭代以加速上市的時間。VNA就是用於驗證這些設計模擬。在製造應用中,射頻組件或裝置會根據一組規格進行組裝和測試,而VNA可以快速準確地驗證這些射頻組件和裝置的效能。然而,針對各種不同的測試目的,都存在著各種不同的挑戰。


主動元件量測挑戰

根據是德科技的網路分析儀應用白皮書指出,VNA能夠用來進行特性分析和測試主動元件,例如放大器、混頻器和頻率轉換器等。它們可以進行放大器的常規參數量測,例如增益、相位壓縮、隔離度、回波損耗和延遲等。諧波失真常用於了解放大器的非線性行為,接收器有時需要運作在與激發源不同的頻率上。由於頻率轉換元件的輸入頻率和輸出頻率不同,例如混頻器和頻率轉換器,因此想精確地對頻率變換元件進行量測便具有很大的挑戰性。


用於量測這些元件的網路分析儀必須具有頻偏模式(FOM),才能夠勝任量測這種輸入頻率和輸出頻率不相同的元件任務。有時,可能還需要使用其他儀器和信號調節元件來進行雙音量測、大功率元件量測、雜訊係數量測、ACPR和EVM等其他類型的量測。因此,量測系統變得越來越複雜,經常完成一個放大器的量測需要進行多個不同的量測程序。


被動元件量測挑戰

在高品質的通信系統中,高效能被動元件(例如濾波器、合成器、切換器和傳輸線)通常要求具備低漣波和低插入損耗,以及具有高抑制比。這些元件有時用於平衡電路,多個輸入和輸出埠會增加量測系統組態的複雜程度。高效能被動元件主要的量測挑戰是儘快得到精確的資料。此外,多頻帶操作的特性分析也需要更寬廣的量測頻率範圍。


高速串列互連分析量測挑戰

隨著數位系統的資料速率不斷提高,互連的信號完整性對系統效能的影響也日漸擴大。實體層元件例如印刷電路板軌跡、連接器、電纜和IC封裝的影響不能再被忽視。因此,快速精確的時域和頻域互連效能分析,成為確保系統效能可靠性的關鍵。由於對多個測試系統進行管理並非一件容易的事情事,所以能夠全面進行特性分析各種高速數位元件的單一測試系統,就成為測試人員的首選工具。


通用量測挑戰

通用向量網路分析儀是教育機構和許多射頻實驗室必不可少的工具。使用者要求儀器在單端和差動輸入與輸出上,對各種被動式和主動元件的S參數、功率或是材料參數進行量測。元件通常具有2、3和4埠,必須在同軸、夾具或晶圓環境中進行量測主動元件,包括放大器、混頻器和頻率轉換器等,這往往需要使用相當長的時間來完成所有必要參數的量測。而且在通用環境與教育環境中,使用者不會每天使用測試設備,經常需要與其它小組一起共用。


製造量測挑戰

降低測試成本是製造業正面臨的首要挑戰,測試成本受到多方面因素的影響。其中一個關鍵因素就是量測速率。VNA的量測時間由許多不同環節來決定,例如掃描速度、資料分析、顯示處理和資料傳輸等。在多數情況下,分析儀必須將合格或不合格的測試結果發送至自動化系統中。掃描速度和資料分析速度對於大批量製造非常重要。此外,盡可能地縮短操作人員介入的時間、元件連接和校驗時間,也都會影響量測的速率。測試站的初期採購成本、系統運行時間、維護成本以及效能升級成本等,也會影響整體的擁有成本。


安裝與維護量測挑戰

在戶外使用網路分析儀的方式,基本上跟在實驗室中的操作方式差不多。使用者需對纜線、濾波器等元件進行S參數量測,以確定元件的特性與效能。兩種量測的主要不同之處,在於對網路分析儀硬體的需求。對於現場量測而言,儀器的便攜性是個很大的難題。使用測試車裝載桌上型儀器,或是設法把桌上型儀器放置在狹小的空間內(例如航空器上)都非常困難,而電源的放置同樣也很不容易。因此,現場量測需要採用以電池供電的可攜式分析儀。


此外,相對於室內穩定的溫度,戶外的天氣狀況複雜多變,所用的設備必須要能夠應對這些氣候的變化。VNA在戶外應用時經常被搬來搬去,因而必須堅固耐用。最後需注意的是,現場量測結果必須與實驗室中所得到的結果相匹配,並具備相近的準確度。


結語

無論是測試主動元件還是被動元件,速度和效能的適當組合,都可以為測試過程增添競爭優勢。目前許多量測大廠都推出了向量網路分析儀相關解決方案,包括是德科技、羅德史瓦茲、安立知、太克科技與國家儀器等。向量網路分析儀的量測完整性,能夠把深層次的理念轉換為出眾的設計。隨著各家量測廠商陸續推出經濟高效的VNA儀器,提供測試人員所需的量測速率和可重複性,能將所有的設計轉變為具有競爭力的產品。VNA針對線性和非線性元件特性進行深層的分析,不論是在工作臺、機架上或在現場測試,都能夠幫助工程師獲得更高的信心。


解決方案

是德科技PNA網路分析儀


圖一 : 是德科技PNA網路分析儀
圖一 : 是德科技PNA網路分析儀圖片來源:keysight.com

是德科技:「協助工程師將洞察力轉變成出色的設計!」


是德科技(Keysight)PNA 網路分析儀使用展頻器,讓PNA和PNA-X頻率可擴展到1.5THz。共有3個PNA系列可供選擇,以獲得速度、效能和價格的組合。在研發階段提供量測完整性,以協助工程師將深入的洞察力轉變成出色的設計。在生產線上提供需要的測試速率和可重複性,以便將設計轉變成具競爭力的產品。每一款機型都是是德科技線性和非線性元件特性分析的專業知識累積。


安立知模組化光電網路分析儀


圖二 : 安立知模組化光電網路分析儀
圖二 : 安立知模組化光電網路分析儀圖片來源:anritsu.com

安立知:「讓工程師設計出最佳的光電解決方案!」


ME7848A模組化系統能夠讓工程師設計出最佳光電解決方案,並透過提高首次生產量加快產品上市速度。除了工作頻率高達40GHz及70Ghz的VectorStar VNA之外,該解決方案還包括MN4765B O/E校準模組檢測器與MN4775A E/O調製器。由於該系統為模組化系統,因此可在必要時增加E/O調製器,以提高成本效率。透過增加適當的O/E校準模組或E/O轉換器,該系統可在不同波長下使用。藉由使用MN4765B進行校準,VNA便可針對不同波長進行重新配置,無需額外的VNA來適應各種波長。


羅德史瓦茲ZNA高階向量網路分析儀


圖三 : 羅德史瓦茲ZNA高階向量網路分析儀
圖三 : 羅德史瓦茲ZNA高階向量網路分析儀圖片來源:rohde-schwarz.com

羅德史瓦茲:「這部儀器可以讓量測變得更容易與簡單!」


新一代的R&S ZNA高階向量網路分析儀是一款功能強大的通用測試平台,用於量測主、被動待測物之特性。R&S ZNA目前共有兩種型號R&S ZNA26及R&S ZNA43,提供146 dB的量測動態範圍,在1 kHz中頻頻寬下的曲線雜訊低至0.001 dB。這些特點對於高抗拒濾波器的量測至關重要。R&S ZNA可以同步執行RF和IF混頻器量測,量測速度是傳統方式的兩倍快。透過高達100 dB之功率掃描範圍、每個測試端口的脈衝產生器和調變器、多種交互調變量測功能和頻譜分析儀等功能,讓量測變得更容易與簡單。


NI PXIe-5632向量網路分析器


圖四 : NI PXIe-5632向量網路分析器
圖四 : NI PXIe-5632向量網路分析器圖片來源:ni.com

國家儀器:「可為向量網路分析作業建立完整解決方案!」


國家儀器向量網路分析儀,包含NI PXIe-5630向量網路分析儀與所有必備的硬體元件,可為向量網路分析作業建立完整的解決方案。透過彈性的LabVIEW圖形化開發環境,與LabWindows/CVI的ANSI C程式設計介面,即可建立自動化的測試作業,將網路分析功能整合至設計、檢驗,與生產作業中。而透過人機介面,即可互動控制NI PXIe-5630以執行既有的校準與量測。在專屬的軟體定義架構之下,只要下載現成的LabVIEW程式碼,即可新增NI PXI-2598切換器以進行反向S-parameter量測。


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